DE2553884C2

DE2553884C2 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE2553884C2
Application number: DE19752553884
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing.(Grad.) 7920 Heidenheim Elsner
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1975-11-29
Filing date: 1975-11-29
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE2553884A1

Description

der auf die Flüssigkeit einwirkenden Fliehkraft

Auch die bei hydrodynamischen Kupplungen bekannte Lösung (z. B. DE-PS 12 37 388), nämlich das Entleeren des Arbeitsraumes mittels eines Schöpfrohres, das in eine mit dem Arbeitsraum kommunizierende und mit diesem umlaufende Schöpfrohrkammer eintaucht kommt für Wandler nicht in Betracht: denn der für diese Lösung zusätzlich erforderliche Raum steht in Fahrzeugantrieben, in denen der erfindungsgemäße Wandler in erster Linie benutzt wird, keinesfalls zur Verfügung.

Die obes* genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst Danach wird nunmehr von dem Bereich hohen Wandlerinnendruckes (nahe dem Pumpenradaustritt) eine Entleerleitung durch das Leitrad hindurchgeführt, die von der Nabe des Leitrades ohne Schwierigkeiten nach außen fortgesetzt werden kann.

Eine solche Entleerleitung kann (zusammen mit einem Drucksteuerventil) unter gewissen Voraussetzungen entgegen den bisher bestehenden Bedenken durchaus auch dann zur Steuerung der Leistungsaufnahme des Wandlers benutzt werden, wenn das Leitrad auf einem Freilauf drehbar gelagert ist Man muß zwar auf eine Drucksteuerung mittels der Entleerleitung in denjenigen Betriebstzuständen verzichten, bei denen das Leitrad umläuft oder jedenfalls mit so hoher Drehzahl umläuft, daß auf die im radialen Teil der Entleerleitung befindliche Arbeitsflüssigkeit eine zu hohe Fliehkraft ausgeübt wird. Unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen ist die Drucksteuerung jedoch sehr ivohl durchführbar:

a) Der Wandler arbeitet bei Traktionsbetrieb im unteren Drehzahlverhältnisbereich, d. h. unterhalb des sogenannten Kupplungspunktes. In manchen Fahrzeugantrieben, z.B. in Antrieben für Erdbewegungsfahrzeuge, kommt dieser Betriebszustand sehr häufig, ja sogar überwiegend vor. In einem Erdbewegungsfahrzeug muß die Antriebsmaschine fast dauernd mit ihrer Nenndrehzahl laufen, weil ein großer Teil der Leistung der Antriebsmaschine für die Betätigung von Hilfsgeräten, z. B. für den hydrostatischen Hebemechanismus einer Ladeschaufel, benötigt wird. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, daß durch die Erfindung zum Einstellen kleiner Fahrgeschwindigkeiten die Leistungsaufnahme dss Wandlers dadurch verringert werden kann, daß der Füllungsgrad des Wandlers oder der Arbeitsflüssigkeitsdruck herabgesetzt wird.

b) Der Wandler wird zum hydrodynamischen Bremsen benutzt, und zwar vorzugsweise unter der Voraussetzung, daß hierfür das Turbinenrad von der Abtriebswelle abgekuppelt und durch eine Bremse festgesetzt wird und daß das Pumpenrad an die Abtriebswelle abgekuppelt wird. Ein Wandler, bei dem diese Voraussetzung erfüllbar ist, ist an sich bekannt aus der DE-PS 9 74 797. Dort besteht jedoch keine Möglichkeit, beim hydrodynamischen Bremsen die Leistungsaufnahme des Wandlers auf beliebige Werts einzustellen. Es ist zwar auch schon bekannt (Pe-OS 19 19 983), das Leitrad eines solchen Wandlers mit verstellbaren Leitschaufeln auszurüsten, um hierdurch die Leistungsaufnahme des Wandlers, insbesondere beim hydrodynamischen Bremsen, einstellbar zu machen. Der Verstellmechanismus für derartige verstellbare Leitschaufeln ist jedoch recht aufwendig. Es ist nun ein Gedanke, gerade den Wandler gemäß der DE-PS 9 74 797 mit der im Anspruch 1 beschriebenen Entleerleitung auszurüsten. Dadurch kann nunmehr mittels Drucksteuerung das vom Wandler aufgenornmene hydrodynamische. Bremsmoment sehr feinfühlig eingestellt werden, ohne daß es verstellbarer Leitschaufeln bedarf. Die Drucksteuerung bei diesem Wandler ist deshalb besonders vorteilhaft weil der Bremsbetrieb grundsätzlich bei feststehendem Turbinenrad stattfindet wodurch sichergestellt ist daß auch das Leitrad mit der Entleerleitung beim Bremsbetrieb stets stillsteht

c) Der Wandler arbeitet wiederum im Bremsbetrieb, jedoch abweichend von dem zuvor beschriebenen

is Fall b) unter der Voraussetzung, daß das Pumpenrad von der Antriebswelle abgekuppelt und durch eine Bremse festgesetzt ist, wobei also das Turbinenrad als Bremsmotor arbeitet Ein solcher Wandler ist an sich bekannt aus der DE-PS 22 22 351; er besitzt eine mit der Antriebswelle starr gekoppelte und von den Schaufelrädern unabhängig drehbar gelagerte Wandlerschale und ein wahlweise über eine Eingangskupplung an die Wandlerschale kuppelbares oder durch eine Bremse festsetzbares Pumpenrad. Bei einem solchen Wandler kann durch eine zweckentsprechende Ausbildung der Schaufelräder dafür gesorgt werden, daß das Leitrad während des Bremsbetriebes mit nur verhältnismäßig geringer Drehzahl umläuft so daß eine im Leitrad angeordnete Entleerleitung durchaus zur Drucksteuerung herangezogen werden kann. Eine andere Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, das Leitrad während des Bremsbetriebes durch eine eigens hierfür vorgesehene Bremse festzusetzen.

d) Der Wandler arbeitet wiederum im Bremsbetrieb, nunmehr jedoch unter der Voraussetzung, daß die Drehrichtung des Turbinenrades durch ein dem Wandler nachgeschaltetes V/endegetriebe umgekehrt wurde. Auch in diesem Falle ist, zumindest in einem unteren Bereich des negativen Drehzahlverhältnisses zwischen Turbinen- und Pumpenrad, sichergestellt, daß das Leitrad mit der Entleerleitung stillsteht.

Es versteht sich, daß der Erfindungsgedanke auch bei allen Wandlern mit ständig feststehendem Leitrad benutzt werden kann, und zwar sowohl im Traktions- als auch im Bremsbetrieb. Bei solchen Wandlern mit feststehendem Leitrad kann — wie bei dem bekannten Wandler (DE-PS 11 64 786) - der weitere Vorteil genutzt werden, daß im Falle des Betriebes mit geschlossener Überbrückungskupplung der Wandler zumindest soweit entleert werden kann, daß das feststehende Leitrad keine Bremswirkung mehr ausübt.

Der wesentliche Vorteil aller gemäß der Erfindung ausgeführten Wandler besteht darin, daß insbesondere beim hydrodynamischen Bremsen eine feinfühlige und rasch ansprechende Steuerung der Leistungsaufnahme erzielbar ist. Vor allem in der kritischen Phase des Umschaltens vom Traktions- auf den Bremsbetrieb wird erreicht, daß sich der Wandler innerhalb weniger Zehntel-Sekunden bis zu einem gewissen Grad entleert; andernfalls würde die Bremswirkung des Wandlers stoßartig einsetzen und somit die kraftübertragenden Bauteile gefährden.

Eine besonders günstige konstruktive Gestaltung der Enlleclciiur.g ist im Anspruch 2 angegeben.

5 6

Nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist die Ein- ringraumes angeordnet ist. Die Fortsetzung der Entlauföffnung der Entleerleitung zumindest in der Nähe leerieitung bildet ein in eine der Leitradschaufeln eingedes schaufelfreien Strömungskanals zwischen dem gossener Kanal 25 und ein weiterer in der Leitradhohl-Pumpen- und dem Turbinenrad angeordnet, in der Re- welle vorgesehener Kanal 26 mit einer nach außen fühgel also innerhalb des Kernringraumes. Vorzugsweise 5 renden Anschlußleitung 27. An diese Leitung 27 kann, wird man die Einlauföffnung im radial äußersten Be- wie bei hydrodynamischen Bremsen üblich, ein Steuerreich des Kernringraumes anordnen. Je weiter man bares Überströmventil angeschlossen sein. Im übrigen nämlich die Einlauföffnung radial nach außen ver- wird man diese Leitung zweckmäßig ap einen Kühler schiebt, um so näher gelangt sie an den Bereich hoch- anschließen, von dem eine in der Zeichnung strichpunksten Wandlerinnendruckes und um so rascher erfolgt io tiert dargestellte Zuführleitung 27a in den Wandler zudas Entleeren des Wandlers. Außerdem kann ein um so rückführt. Auf diese Weise ist ein geschlossener Kühlkleinerer Füllungsgrad eingestellt werden. flüssigkeitskreislauf gebildet, an den noch eine von einer

Wenn es auf eine besonders hohe Entleergeschwin- Pumpe gespeiste Fülleitung angeschlossen ist.

digkeit ankommt und wenn ein besonders kleiner ge- Der Wandler nach F i g. 2 umfaßt wieder eine Wand-

ringster Füllungsgrad erreicht werden soll, wird man die 15 lerschale 50 mit einer Antriebsmembran 51, ein Pum-

Einlauföffnung der Enttleerleitung gemäß Anspruch 3 penrad 52, ein Turbinenrad 53 und ein Leitrad 54. Das

anordnen. Hierbei liegt also das einlaufseitige Ende der letztere ruht starr auf einer feststehenden Leitradhohl-

Entleerleitung unmittelbar in dem Profil des sogenann- welle 55. Zur Umgehung des Wandlers ist eine zentrale,

ten Innentorus. Kann man gleichzeitig darauf verzieh- mit dem Antrieb verbundene Durchtreibwelle 56 vorge-

ten, daß der Wandler mit einem bestmöglichen Wir- 20 sehen. Die mit dem Turbinenrad 53 gekoppelte Wand-

kungsgrad arbeitet, so kann man die Entleerleitung so- lerabtriebswelle ist mit 57 bezeichnet. Das hydrodyna-

gar noch etwas weiter radial nach außen verlängern und mische Bremsen erfolgt bei diesem Wandler Vorzugs-

somit in den zwischen dem Pumpen- und dem Turbinen- weise durch ein Umkehren der Drehrichtung des Turbi-

rad befindlichen Strömungskanal hineinragen lassen nenrades 53, ausgelöst durch das Umsteuern eines dem

(Anspruch 4). 25 Wandler nachgeschalteten Wendegetriebes (in der

Bei all den zuvor beschriebenen Ausführungen kön- Zeichnung nicht dargestellt). Zur Bildung einer Entleernen selbstverständlich anstelle nur einer Entleerleitung leitung ist an das Leitrad 54 auf einem gesamten Ummehrere über dem Umfang verteilte Entleerleitungen fang eine Scheibe 58 angeformt, die sich in den Kernvorgesehen werden, die dann alle im zentralen Bereich ringraum hineinerstreckt Ein durch die Scheibe und des Wandlers in einen gemeinsamen, nach außen füh- 30 durch eines der Schaufeln des Leitrades hindurchführenden Kanal einmünden. Eine besonders stabile Kon- render Entleerkanal ist mit 59 bezeichnet, dessen Einstruktion ergibt sich bei der Ausführung gemäß An- lauföffnung mit 60. Das Leitrad 54 mit der Scheibe 58 spruch 5. kann mehrere solcher Kanäle 59 aufweisen, wie auch

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Entleerein- der Wandler nach F i g. 1 mit mehreren über dem Um-

richtung sind im Anspruch 6 beschrieben. 35 fang verteilten Entleerleitungen 23, 25 ausgeführt wer-

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend den kann. Der Wandler nach F i g. 2 kann auch ein dreh-

anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt bares Leitrad mit Freilauf (wie in F i g. 1) aufweisen.

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Wandler, bei Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, kann die Entleerleitung

dem für den Bremsbetrieb das Turbinenrad festsetzbar 63 auch derart ausgebildet sein, daß ihre Einlauföffnung

und das Pumpenrad an die Abtriebswelle kuppelbar ist; 40 64 in der inneren Begrenzung des zwischen dem Pum-

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Wandler mit pen- und dem Turbinenrad befindlichen Strömungska-

feststehendem Leitrad; nais angeordnet ist

F i g. 3 einen Teillängsschnitt durch einen Wandler Um das Entleeren des Wandlers zu beschleunigen, mit einer gegenüber den F i g. 1 bis 3 abweichenden kann das Einlaufende der Entleerleitung 65 bzw. 67 abAusführung des Entleerrohres; 45 geschrägt (F i g. 4) oder gekrümmt sein (F i g. 5). Die An-

F i g, 4 + 5 weitere Variationsmöglichkeiten für das Ordnung wird hierbei derart getroffen, daß die Einlauf- Entleerrohr, in Richtung der Wandlerachse gesehen. öffnung 66 bzw. 68 gegen die Strömungsrichtung im Die wesentlichen Teile des in F i g. 1 dargestellten Kernringraum gerichtet ist Im Falle des Wandlers nach Wandlers sind die folgenden: Eine Wandlerschale 10, Fig. 1 wird man daher die Einlauföffnungen 66 oder 68

woran einerseits eine Antriebsmembran 11 (anstelle ei- 50 gegen die Drehrichtung des Pumpen- und des Turbinen-

ner Antriebswelle) befestigt ist und andererseits ein im rades ausrichten. Im Falle des Wandlers nach Fig.2

wcsciuiichcr. zentrifugal durchströnues Pumperad 12, hängt die Anordnung der Einlauföffnung 66 bzw. 68

diesem gegenüberliegend ein im wesentlichen zentripe- davon ab, ob eine Drucksteuerung bevorzugt im Trak-

tal durchströmtes Turbinenrad 13, ferner ein axial tionsbetrieb (dann Einlauföffnung gegen die normale

durchströmtes Leitrad 14, das auf einer feststehenden 55 Pumpen- und Turbinen-Drehrichtung gerichtet) oder

Leitradhohlwelle 15 gelagert und durch einen Freilauf bevorzugt im Bremsbetrieb angewandt werden soll

16 gegen Rückdrehen gesichert ist Zum Abtrieb dient (dann Einlauföffnung gegen die beim Bremsen umge-

eine Turbinenradhohlwelle 17, die fiber einen Freilauf kehrte Turbinendrehrichtung gerichtet). Soll jedoch die

18 an eine zentral durch den Wandler hindurchgeführte Drucksteuerung sowohl beim Trakstions- als auch beim

Abtriebswelle 19 kuppelbar ist Für den hydrodynami- eo Bremsbetrieb angewandt werden, so kann das Einlauf-

sehen Bremsbetrieb ist zum Festsetzen des Turbinenra- ende des Entleerrohres auch mit zwei Einiaufkrümmern

des 13 eine Lamellenbremse 20 und zum Verbinden des versehen werden, von denen der eine in die eine und der

Pumperades 12 mit der Ausgangswelle 19 eine Kupp· andere in die andere Umlaufrichtung orientiert ist

lung 21 vorgesehen. Zum Arbeiten des Wandlers mit '. -

Teilfüllung ist eine Entlecrleitung vorgesehen; diese um- es Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

faßt ein sich vom Leitrad 14 radial durch den Kernring-

raum 22 erstreckendes Rohrstück 23 mit einer Einlauföffnung 24, die im radial äußersten Bereich des Kern-

Claims

1 2 Wandler, bei dem die Schale mit der Antriebs- oder mit Patentansprüche: der Abtriebswelle gekoppelt ist Ein solcher Wandler ist bekannt aus der DE-AS 11 87 882. Dort ist ein Drehmo-

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler, der mentwandier offenbart mit einer im Bereich des Leitradie folgenden Merkmale aufweist: 5 des angeordneten Entieerleitung (Staurohr), die Teil eines einfachen Umlaufsystems für die Arbeitsflüssigkeit

a) ein Wandlergehäuse, das als umlaufende flüssig- ist, bestehend aus einem Vorratsbehälter, mehreren Kakeitsdichte Schale ausgebildet ist und einen to- nälen und dem schon genannten Staurohr. Das Leitrad rusförmigen Arbeitsraum umschließt, ist feststehend; der Drehmomentwandler ist nur für ge-

b) wenigstens ein Pumpenrad, das im wesentlichen 10 ringe Antriebsleistung geeignet, vor allem weil das Flüszentrifugal durchströmt ist, sigkeitsumlaufsystem keine Steuerelemente aufweist

c) wenigstens ein Turbinenrad, das im wesentli- und nur zur Kühlung und Lager-Schmierung dienen chen zentripetal durchströmt ist, kann.

d) wenigstens ein zwischen Turbinenaustritt und Ein bekannter zu dieser Gattung gehörender Wand-Pumpenradeintritt angeordnetes und auf einem 15 ler (DE-PS 11 64 786, Fi g. 2) weist ein nicht drehbares Leitradträger abgestütztes Leitrad, Leitrad und eine Überbrückungskupplung auf sowie ei-

e) Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad begren- ne steuerbare Entleerleitung. Die letztere dient lediglich zen einen ebenfalls torusförmigen Kernring- dazu, den Wandler im überbrückten Zustand (d. h. bei •zaum, eingerückter Überbrückungskupplung) teilweise zu ent-

f) Pumperad und Turbinenrad liegen einander ge· 20 leeren, damit durch das stets feststehende Leitrad nicht genüber und bilden zwischen Pumpenradaus- eine unerwünschte Bremswirkung ausgeübt wird Zum tritt und Turbinenradeintritt einen schaufelfrei- Steuern des Entleervorganges ist dort lediglich ein Aufen Strömungskanal, Zu-Ventil vorgesehen, das bei Vorhandensein von

g) eine Entleerleitung, deren Einlauföffnung sich Druck in einer Fülleitung geschlossen und andernfalls zumindest in der Nähe des schaufelfreien Strö- 2s geöffnet ist

mungskanals befindet, erstreckt sich quer durch Im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen bekannten

das Leitrad hindurch in den radial inneren Be- Wandler liegt der hier in Rede stehenden Erfindung eine

reich des Wandlers, gekennzeichnet ganz andere Aufgabe zugrunde. Hier soll nämlich ein

d u r c h das folgende weitere Merkmal: Wandler mit umlaufender Schale geschaffen werden,

h) zum Zwecke der Ausbildung des Wandlers, der 30 bei dem der Füllungsgrad im Arbeitsraum zur Steue-

ein drehbares Leitrad aufweist, für Betrieb mit rung der Leistungsaufnahme des Wandlers während des

Teilfüllung und/oder vermindertem Innendruck laufenden Betriebes veränderbar sein soll; insbesondere

ist an der Entleerleitung eine Drucksteuerung soll eine solche Steuerung der Leistungsaufnahme für

vorgesehen. den Einsatz des Wandlers zum hydrodynamischen

35 Bremsen brauchbar sein.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Diese Aufgabe hat bisher nur bei Wandlern mit festzeichnet, daß die bzw. jede Entleerleitung (25) durch stehender Schale gelöst werden können (DE-PS eine Schaufel des Leitrades (14) hindurchgeführt ist. 14 50 877 oder DE-PS 20 21 543).

3. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da- Dort ist zum Verändern des Füllungsgrades an die durch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnung (64) 40 feststehende Wandlerschale eine Entleerleitung mit eider Entleerleitung (63) in der inneren Begrenzung nem Drucksteuerventil angeschlossen, wobei die Andes zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenrad schlußstelle in der Regel ohne Schwierigkeiten im Bebefindlichen schaufelfreien Strömjngskanals ange- reich hohen Wandlerinnendruckes angeordnet werden ordnet ist (F i g. 3). kann, d. h. in der Nähe des Pumpenradaustritts, also in

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da- 45 der Regel im radial äußeren Bereich des Wandlerardurch gekennzeichnet, daß die Entleerleitung mit ih- beitsraumes. Ein derartiges Anordnen der Anschlußstelrer Einlauföffnung in den zwischen dem Pumpen- Ie der Entleerleitung ist wichtig für ein ordnungsgemä- und dem Turbinenrad befindlichen schaufelfreien ßes Funktionieren der Steuerung des Füllungsgrades Strömungskanals hineinragt mit dem genannten Drucksteuerventil.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- 50 Bei einem Wandler nach dem Oberbegriff des Andurch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnung (60) Spruches 1 ist es wegen der umlaufenden Schale so gut und das daran anschließende Kanalstück der Ent- wie ausgeschlossen, eine Entleerleitung von außen an leerleitung (58) in einer zum Wandler konzentri- den Bereich hohen Wandlerinnendruckes heranzufühschen Scheibe (58) angeordnet ist, die an das Leitrad ren. Aber auch das Durchführen einer Entleerleitung (54) angeformt ist und sich in den Kernringraum 55 durch den zentralen Bereich des Wandlers bis hin zum hinein erstreckt (F i g. 2). Bereich hohen Wandlerinnendruckes ist bisher nicht in

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge- Betracht gezogen worden, weil — im Gegensatz zu dem kennzeichnet durch eine derartige Anordnung der bekannten Wandler gemäß DE-PS 11 64 786 — in aller Einlauföffnung(en) (24,60,64), daß diese im wesentli· Regel das Leitrad auf einem Freilauf drehbar angeordchen in zentripetaler Richtung durchströmt ist bzw. eo net ist. Ein feststehendes Leitrad würde nämlich im sind. überbrückten Zustand des Wandlers oder im Übersynchron bereich bremsend wirken und somit den Wir-

,«■,; kungsgrad des Wandlers verschlechtern. Es hätte auch

jt| keinen Sinn gehabt, eine vom Bereich hohen Wandlerin-

v| 65 nendrucke:: in den zentralen Wandlerbereich führenden

j'-ji Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Dreh- Entleerleitung in eines der schnell umlaufenden Schau-

H momentwandler mit umlaufender Schale nach dem felräder einzubauen. Eine solche mitumlaufende Ent-

p Oberbegriff des Anspruches 1, also einen solchen leerleitung wäre nämlich praktisch unbrauchbar wegen